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    添加再生料的冷补沥青混合料组成设计与性能评价
    2022-09-25    阅读量:64613    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

    摘 要

    为了多元化高效利用回收沥青路面材(RAPM),考虑冷补液中的稀释剂有再生老化沥青功能,将RAPM应用于基质沥青和SBS改性沥青冷补混合料中,基于室内试验综合研究了冷补沥青混合料配合比设计方法,分析了添再生料的冷补沥青混合料力学性能、路用性能与疲劳特性,并验证添加再生料冷补沥青混合料的技术可行性。结果表明,湿劈裂强度对冷补沥青掺量较为敏感,采用“修正马歇尔法”以湿劈裂强度峰值确定冷补沥青混合料的最佳冷补沥青用量是合适的;掺加适量RAPM后基质沥青冷补沥青混合料的马歇尔稳定度、贯入剪切强度、劈裂强度有显著提高,RAPM掺量达到30%~40%时基质沥青冷补混合料的各项路用性能、抗松散性能和疲劳寿命达到峰值,但是掺加RAPM对SBS改性沥青冷补混合料低温性能、水稳定性和疲劳性能有劣化影响,在RAPM掺量小于40%时,添再生料的冷补沥青混合料路用性能依然良好。稀释剂对老化SBS改性沥青有再生功能,将RAPM应用于冷补沥青混合料可有效提升废旧沥青路面材料的再生利用价值,保障冷补沥青混合料的使用寿命沥青网sinoasphalt.com


    关键词 道路工程 | 冷补沥青混合料 | 废旧沥青路面材料 | 配合比设计 | 路用性能 | 性能评价


    沥青路面坑槽、松散、剥落病害是我国高温多雨、湿热地区高速公路和城市主干道路主要的病害形式之一,尤其是在雨季或冰雪冻融后,若未及时修补,在车辆冲击荷载产生的动水压力下会加剧路面损害,严重危及行车安全、劣化路面服役寿命[1,2]。传统的坑槽修补方式主要有冷补和热补两种方法,冷补沥青混合料是一种全天候路面坑槽快速修补材料,具有可存储性、施工简单、开放交通快、节能环保等技术优势,国内外对冷补沥青混合料的研究与应用也最多[3-5]。禤炜安[6]基于马歇尔稳定度试验,对比了溶剂型、乳化型和反应型3种冷补沥青混合料的初始强度。谭忆秋[7]等研究了SBS改性沥青冷补沥青混合料的冷补液组成配方,验证了冷补沥青混合料的抗冻性能,结果表明SBS改性沥青掺制的冷补沥青混合料抗冻性能优异,适用于对云贵川等潮湿地区。徐文、孟文专[8-9]研究了溶剂型冷补沥青组成配方,分析了冷补沥青混合料的施工和易性、初期和成型马歇尔稳定度。马全红[10]、王佳旭[11]等采用低温和易性试验、冻融劈裂试验、浸水前后马歇尔试验和车辙试验研究了冷补沥青混合料的初始强度、水稳定性和高温稳定性。刘晓文[12]、李峰[13]基于冷补沥青混合料强度形成机理、施工性能和路用性能要求,提出冷补沥青混合料的评价指标及技术要求。张争奇[14-16]等研究了采用正交试验确定了溶剂型冷补沥青液、水性环氧树脂冷补沥青的组成比例,提出采用马歇尔稳定度试验、黏附性试验和车辙试验评价冷补沥青混合料使用性能。孙朝杰[17]等研究了聚酯纤维掺量对冷补沥青混合料水稳定性和抗松散性能的影响。总结已有研究成果可以发现,国内外对冷补沥青液组成配比、冷补沥青混合料路用性能、施工性能评价指标及技术要求有了系统研究,为冷补沥青混合料推广应用奠定了良好基础。


    目前我国沥青路面已经进入大规模养护维修期,全国每年产生的废旧沥青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement Material)高达数千万吨,这个数字还在以每年约15%的速度增长,RAPM多元化高效利用可以发挥旧料价值,降低材料成本。RAPM再生利用主要包含集料再利用和老化沥青性能再生,传统冷再生技术将RAP充当“黑色集料”使用,应用层位较低,而热再生技术实现了老化沥青部分性能恢复和废旧集料再利用,但是热再生对旧料利用程度低。冷补沥青中煤油、柴油、汽油等稀释剂比例高达20%~30%,根据老化沥青再生“相容性理论”、“组分调节理论”,稀释剂有稀释、渗透功能,能够提高老化沥青中的芳香分含量、降低沥青质的相对含量,实现沥青组分配比的协调,将RAPM应用于冷补沥青混合料既保证RAPM在冷补沥青混合料中掺量,稀释剂的再生沥青作用又实现了老化沥青性能恢复。但是已有研究成果多侧重于冷补沥青液组成配比和冷补沥青混合料性能改善方面,尚未开展有关掺再生料冷补沥青混合料强度特性、路用性能和疲劳性能等研究工作。为了探讨添加再生料冷补沥青混合料的技术可行性,本研究将RAPM应用于冷补沥青混合料当中,基于室内试验研究探讨RAPM掺量对冷补沥青混合料力学强度、路用性能、疲劳性能的影响,研究成果为高效多元化利用RAPM提供思路,也为掺再生料冷补沥青混合料推广应用提供借鉴。


    试验材料

    冷补沥青由沥青胶结料、稀释剂、添加剂等组分按照一定的比例均匀溶解配制而成,目前冷补沥青主要有溶剂型、乳化型和反应型3种,溶剂型冷补沥青因成本低、施工和易性好等优势,国内对溶剂型冷补沥青的研究与应用也最多。本文采用3种溶剂型冷补沥青,基质沥青选用秦皇岛70#道路石油沥青,改性沥青选用4.5%SBS掺量的SBS改性沥青(I-D),沥青各项技术性能满足JTG F40-2004规范要求。稀释剂为-10#柴油,添加剂为陕西路邦LB-1型冷补沥青添加剂。基质沥青冷补胶结料主要配方为:基质沥青75%、-10#柴油稀释剂23%、LB-1添加剂2%,制备温度为110℃,剪切30min。

    改性沥青冷补胶结料主要配方为:SBS改性沥青72%、-10#柴油稀释剂26%、LB-1添加剂2%(材料配比为质量比,下同)。制备温度为130℃,剪切45min。

    回收沥青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement Material,RAPM)来源于山西某高速公路上中面层SBS改性沥青混合料,筛除大于20mm粒径颗粒后将RAM筛分后分为0~3、3~10、10~15、15~20mm共4档,RAP主要性能指标满足JTG F41-2008规范要求。新集料采用石灰岩碎石JTG F41-2008规范要求。新集料采用石灰岩碎石指标满足JTG F40-2004规范要求。根据原材料筛分试验结果和实体工程实践经验,选用JTG F40-2004推荐的LB-13细粒式冷补沥青混合料矿料级配,RAP掺量分别为0、20%、40%、50%、60%,合成级配见表1。


    掺再生料的冷补沥青混合料配合比设计

    目前国内外主要采用马歇尔稳定度试验和纸迹试验综合确定冷补沥青混合料的最佳冷补沥青用量。室内试验发现,马歇尔稳定度随冷补沥青用量增大的变化规律不明显,满足设计初始和成型马歇尔稳定度要求的冷补沥青用量未必是最佳值,通过观察试纸上墨迹(油斑)数量和分布情况判断冷补沥青用量是否合适,无定量评价指标和评判标准,冷补沥青用量的检验主要取决于工程经验。借鉴JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》厂拌乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法,采用“修正马歇尔法”确定冷补沥青混合料最佳冷补沥青用量,并辅以纸迹试验验证。参考文献[4-7]预估冷补沥青混合料的最佳冷补沥青含量为4.8%,考虑到RAPM表面有沥青膜裹附,受柴油稀释剂浸泡后老化沥青可能会被还原,恢复部分黏结作用,因此适当降低了冷补沥青用量。试验时以4.4%为中值间隔0.4%变化5组沥青用量,正反各击实50次成型马歇尔试件,不脱模在110℃烘箱中养生24h,取出后冷却至60℃后趁热再双面各击实25次,完成标准马歇尔试件制备。将马歇尔试件在25℃水浴中保温24h,进行劈裂强度试验。试验加载速率50mm/min,试验结果见图1。


    标签:施工案例技术中心再生沥青沥青混凝土改性沥青
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